RU2283749C2 - Tool for friction surface hardening of sphere surfaces - Google Patents
Tool for friction surface hardening of sphere surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2283749C2 RU2283749C2 RU2004136119/02A RU2004136119A RU2283749C2 RU 2283749 C2 RU2283749 C2 RU 2283749C2 RU 2004136119/02 A RU2004136119/02 A RU 2004136119/02A RU 2004136119 A RU2004136119 A RU 2004136119A RU 2283749 C2 RU2283749 C2 RU 2283749C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool
- working
- spherical surface
- sleeve
- workpiece
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для фрикционного поверхностного упрочнения рабочих сферических поверхностей, подверженных интенсивному износу, стальных и чугунных деталей.The invention relates to mechanical engineering technology and can be used for friction surface hardening of working spherical surfaces, subject to intense wear, steel and cast iron parts.
Известен инструмент для фрикционного поверхностного упрочнения деталей машин, который содержит корпус в виде диска из материала с низким коэффициентом теплопроводности и с рабочей поверхностью на его периферии, при этом инструмент снабжен пальцами, выполненными из материала с коэффициентом теплопроводности выше, чем у материала диска, и расположенными в радиальных отверстиях, выполненных на рабочей поверхности диска, причем диаметр пальцев берут в 1,2...2 раза больше ширины рабочей поверхности диска [1].A known tool for frictional surface hardening of machine parts, which contains a housing in the form of a disk made of a material with a low coefficient of thermal conductivity and with a working surface on its periphery, the tool is equipped with fingers made of a material with a thermal conductivity higher than that of the disk material and located in radial holes made on the working surface of the disk, and the diameter of the fingers is taken 1.2 ... 2 times the width of the working surface of the disk [1].
Недостатками известного инструмента являются удары и вибрации, возникающие в результате быстрого износа пальцев - теплоносителей, изготавливаемых из мягкого быстроизнашивающегося (из меди или латуни) материала, которые резко снижают качество и производительность. При этом быстрый износ пальцев усугубляет значительные силы прижима инструмента к обрабатываемой заготовке (до 1000 Н). Кроме того, сложность конструкции инструмента (наличие дюралюминиевого корпуса в виде ступицы, фланца, болтов и медных или латунных пальцев) при его низкой стойкости требует значительных первоначальных и последующих затрат при эксплуатации, что повышает себестоимость обработки. Обрабатывать сферические поверхности известным инструментом весьма сложно.The disadvantages of the known tool are shocks and vibrations resulting from the rapid wear of fingers - coolants made of soft wearing materials (copper or brass), which dramatically reduce the quality and performance. At the same time, fast finger wear exacerbates significant clamping forces of the tool to the workpiece (up to 1000 N). In addition, the complexity of the design of the tool (the presence of a duralumin case in the form of a hub, flange, bolts and copper or brass fingers) with its low resistance requires significant initial and subsequent costs during operation, which increases the cost of processing. It is very difficult to process spherical surfaces with a known tool.
Задача изобретения - расширение технологических возможностей обработки сферических поверхностей, снижение трудоемкости обработки и повышение качества упрочненного слоя сферических поверхностей за счет увеличения его толщины, снижение себестоимости процесса фрикционного поверхностного упрочнения благодаря упрощению конструкции инструмента и повышения износостойкости его.The objective of the invention is the expansion of technological capabilities for processing spherical surfaces, reducing the complexity of processing and improving the quality of the hardened layer of spherical surfaces by increasing its thickness, reducing the cost of the process of friction surface hardening due to simplification of the design of the tool and increasing its wear resistance.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого инструмента для фрикционного поверхностного упрочнения сферических поверхностей деталей машин, который содержит корпус и рабочую часть из материала с низким коэффициентом теплопроводности, при этом в качестве корпуса используют ступенчатую оправку, на меньшей ступени которой на пакете тарельчатых пружин установлена рабочая часть в виде втулки, выполненная из материала с низким коэффициентом теплопроводности, с прерывистой рабочей сферической поверхностью на торце, ответной обрабатываемой сферической поверхности, с впадинами в виде радиальных пазов и с возможностью самоустанавливаться, при этом на наружной поверхности втулки выполнены ребра, способствующие интенсивному охлаждению, причем длина выступа минимум в 2 раза больше ширины паза, кроме того, инструмент установлен под углом β к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через центр сферы, определяемый по формуле:The problem is solved using the proposed tool for frictional surface hardening of the spherical surfaces of machine parts, which contains a housing and a working part made of a material with a low coefficient of thermal conductivity, while a step mandrel is used as a housing, at the lower stage of which a working part is installed on a disk spring package in the form of a sleeve made of a material with a low coefficient of thermal conductivity, with an intermittent working spherical surface at the end, reciprocal spherical surface to be welded, with hollows in the form of radial grooves and with the possibility of self-alignment, while on the outer surface of the sleeve ribs are made that promote intensive cooling, and the protrusion length is at least 2 times the groove width, in addition, the tool is installed at an angle β to the plane, perpendicular to the axis of the workpiece and passing through the center of the sphere, determined by the formula:
β=arcsin(h/Rсф),β = arcsin (h / R sf ),
где h - величина смещения плоскости вращения рабочего торца инструмента относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, зависящая от конструктивных параметров заготовки, мм;where h is the magnitude of the displacement of the plane of rotation of the working end of the tool relative to the center of the processed spherical surface, depending on the design parameters of the workpiece, mm;
Rсф - радиус обрабатываемой сферической поверхности, мм.R sf - radius of the processed spherical surface, mm
Особенности конструкции инструмента поясняются чертежами.Features of the design of the tool are illustrated by drawings.
На фиг.1 изображена схема обработки предлагаемым инструментом, имеющим продольный разрез; на фиг.2 - общий вид инструмента, вид по А на фиг.1; на фиг.3 - вид по Б на фиг.2.Figure 1 shows a diagram of the processing of the proposed tool having a longitudinal section; figure 2 is a General view of the tool, a view along A in figure 1; figure 3 is a view along B in figure 2.
Предлагаемый инструмент предназначен для фрикционного поверхностного упрочнения наружных сферических поверхностей деталей машин, которое заключается в том, что заготовке 1 и инструменту 2 сообщают вращательные движения, соответственно Vз и Vи, с постоянным усилием Р прижима инструмента к заготовке. Инструмент 2 содержит корпус 3 в виде двухступенчатой оправки. На меньшей ступени 4 оправки напрессована втулка 5 со сферической наружной поверхностью, на которой по свободной посадке с зазором установлена рабочая втулка 6, выполненная из материала с низким коэффициентом теплопроводности. Втулка 6 опирается одним торцом на пакет тарельчатых пружин 7, а второй свободный торец 8, которым инструмент контактирует с заготовкой, является рабочим и выполнен сферическим, ответным обрабатываемой сферической поверхности заготовки 1. При этом рабочий торец 8 инструмента выполнен прерывистым благодаря выступам и впадинам, образованными радиальными продольными пазами 9. Длина выступа минимум в 2 раза больше ширины паза 9.The proposed tool is intended for frictional surface hardening of the outer spherical surfaces of machine parts, which consists in the fact that the workpiece 1 and
Передачу вращающего момента с оправки 3 на рабочую втулку 6 осуществляют с помощью винтов 10, ввернутых в напрессованную втулку 5 и меньшую ступень 4 и расположенных в специальных пазах 11 втулки 6.The transmission of torque from the
Установка рабочей втулки 6 с опорой одним торцом на пакет тарельчатых пружин 7 вызвана необходимостью самоустанавливаться инструменту по сферической поверхности обрабатываемой заготовки 1 и добиваться полного контакта всеми выступами рабочего торца втулки.The installation of the working sleeve 6 with the support of one end on the package of Belleville
На наружной поверхности рабочей втулки 6 выполнены ребра 12, способствующие интенсивному воздушному охлаждению инструмента и отводу тепла в атмосферу благодаря высокой частоте вращения инструмента.On the outer surface of the working sleeve 6,
Рабочая втулка 6 выполнена из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например, из нержавеющей стали или титанового сплава. Охлаждающие ребра 12 выполнены из алюминиевого сплава и известными способами закреплены на рабочей втулке 6.The working sleeve 6 is made of a material with a low coefficient of thermal conductivity, for example, stainless steel or titanium alloy. The
Как правило, обрабатываемая сферическая поверхность заготовки - неполная (см. фиг.1) и примыкает шейкой к хвостовику, поэтому инструмент, его продольную ось, устанавливают под углом β к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через центр сферы, определяемый по формуле:As a rule, the processed spherical surface of the workpiece is incomplete (see Fig. 1) and adjoins the shank with the neck, therefore, the tool and its longitudinal axis are set at an angle β to the plane perpendicular to the axis of the workpiece and passing through the center of the sphere, determined by the formula:
β=arcsin(h/Rсф),β = arcsin (h / R sf ),
где h - величина смещения плоскости вращения рабочего торца инструмента относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, зависящая от конструктивных параметров заготовки, мм;where h is the magnitude of the displacement of the plane of rotation of the working end of the tool relative to the center of the processed spherical surface, depending on the design parameters of the workpiece, mm;
Rсф - радиус обрабатываемой сферической поверхности, мм.R sf - radius of the processed spherical surface, mm
Работа предлагаемого инструмента основана на свойстве сферической поверхности заключающемся в том, что ее любое сечение плоскостью, включая плоскости, смещенные относительно центра сферы, дает окружность. Это позволяет представить процесс формообразования неполной сферы методом фрикционного поверхностного упрочнения, как движение образующей линии окружности, описанной рабочим торцом инструмента, плоскость которой смещена относительно центра сферы, по направляющей линии - окружности, полученной за счет вращения обрабатываемой заготовки. Таким образом, точность формообразования сферы определяется не профилем инструмента, а точностью траектории этих движений, т.е. кинематикой процесса, что позволяет получить сферические поверхности высокой точности.The work of the proposed tool is based on the property of a spherical surface consisting in the fact that its any section by a plane, including planes offset from the center of the sphere, gives a circle. This allows us to represent the process of forming an incomplete sphere by the method of frictional surface hardening, as the movement of a generatrix of a circle described by the working end of the tool, the plane of which is offset from the center of the sphere, along the guide line — the circle obtained by rotating the workpiece. Thus, the accuracy of shaping the sphere is determined not by the profile of the tool, but by the accuracy of the trajectory of these movements, i.e. kinematics of the process, which allows to obtain spherical surfaces of high accuracy.
Фрикционное поверхностное упрочнение осуществляется, например, на токарных станках. Инструмент устанавливается в специальном приспособлении с индивидуальным электроприводом на суппорте токарного станка. Заготовка закрепляется в приспособлении на шпинделе токарного станка. Инструмент вращается с окружной скоростью Vи=65...70 м/с и прижимается с постоянным усилием Р=0,65...1,0 кН к обрабатываемой заготовке, которая вращается с окружной скоростью Vз=0,02...0,08 м/с. Ширина площади контакта инструмента с обрабатываемой заготовкой (см. фиг.1) составляет В=1...3 мм. При трении инструмента и заготовки в зоне их контакта происходит импульсный нагрев поверхности обрабатываемой заготовки до температуры 800...1000°С. В зону обработки подают смазывающе-охлаждающую жидкость (СОЖ), которая обеспечивает быстрое охлаждение упрочняемой поверхности. В результате упрочнения на поверхности заготовки возникают структуры белых слоев толщиной 0,1...0,15 мм с повышенной микротвердостью 7...10 ГПа. В зоне фрикционного скользящего контакта определенное количество теплоты, а именно большая часть ее, уходит в быстровращающийся инструмент. Поэтому в качестве материала диска выбирают титановый сплав или нержавеющую сталь, обладающие низкой теплопроводностью (λ=21,9...25,5 Вт/м·К).Friction surface hardening is carried out, for example, on lathes. The tool is installed in a special device with an individual electric drive on a support of a lathe. The workpiece is fixed in the fixture on the spindle of the lathe. The tool rotates with a peripheral speed V and = 65 ... 70 m / s and is pressed with a constant force P = 0.65 ... 1.0 kN to the workpiece, which rotates with a peripheral speed V s = 0.02 .. .0.08 m / s. The width of the contact area of the tool with the workpiece (see figure 1) is B = 1 ... 3 mm. During friction of the tool and the workpiece in the zone of their contact, the surface of the workpiece being pulsed is heated to a temperature of 800 ... 1000 ° C. A lubricating coolant (coolant) is supplied to the treatment zone, which provides quick cooling of the hardened surface. As a result of hardening, structures of white layers with a thickness of 0.1 ... 0.15 mm with increased microhardness of 7 ... 10 GPa arise on the surface of the workpiece. In the zone of frictional sliding contact, a certain amount of heat, namely most of it, goes into a rapidly rotating tool. Therefore, titanium alloy or stainless steel having low thermal conductivity (λ = 21.9 ... 25.5 W / m · K) is chosen as the material of the disk.
При круговом перемещении зоны контакта, благодаря наличию впадин и выступов на рабочей поверхности инструмента, выступы инструмента постоянно входят в контакт с охлажденной поверхностью заготовки, при этом элементарный участок зоны контакта заготовки нагревается при прохождении выступа инструмента, затем мгновенное прерывание нагревания и охлаждение при прохождении впадины. Это приводит к циклическому изменению температуры на поверхности упрочняемой заготовки и соответственно к увеличению глубины упрочненного слоя до 0,15...0,22 мм. Изменением длины впадины и их количеством на основном диске можно регулировать глубину и микротвердость упрочненного слоя.With the circular movement of the contact zone, due to the presence of depressions and protrusions on the working surface of the tool, the protrusions of the tool constantly come into contact with the cooled surface of the workpiece, while the elementary section of the contact zone of the workpiece heats up when passing the protrusion of the tool, then instantly interrupts heating and cooling when the cavity passes. This leads to a cyclical change in temperature on the surface of the hardened workpiece and, accordingly, to an increase in the depth of the hardened layer to 0.15 ... 0.22 mm. By changing the length of the cavity and their number on the main disk, you can adjust the depth and microhardness of the hardened layer.
При величине отношения длины выступа к длине впадины меньше 2 увеличение глубины упрочненного слоя незначительное, однако возникает большая вероятность перегрева инструмента.When the ratio of the length of the protrusion to the length of the depression is less than 2, the increase in the depth of the hardened layer is insignificant, but there is a high probability of overheating of the tool.
Пример. На модернизированном станке мод. 16К20Т1 упрочняли заготовку в виде шарового пальца ИК-40.00.001 диаметром сферической поверхности 40h8 (-0,039) мм из стали 50ХФА ГОСТ 4543-71 в нормализованном состоянии. Модернизация заключалась в установлении на поперечный суппорт устройства с электромеханическим высокоскоростным приводом инструмента, рабочая втулка которого выполнена из титанового сплава ВТ-5 с шириной рабочей поверхности 2 мм и наружным диаметром 30 мм. Индивидуальный высокооборотный электропривод вращает инструмент с окружной скоростью 62,8 м/с (40000 мин-1). Линейная скорость вращения упрочняемой заготовки 0,05 м/с (31 мин-1). Давление диска на заготовку, создаваемое механизмом поперечной подачи станка, составляет 0,8 кН. В зону обработки подавали СОЖ в виде масла индустриального И-12А. Длина впадины на рабочей поверхности втулки - 4,5 мм, а длина выступа - 9 мм. Количество впадин и выступов - 6.Example. On a modernized machine mod. 16K20T1 strengthened the workpiece in the form of a spherical pin IR-40.00.001 with a diameter of a spherical surface of 40h8 ( -0.039 ) mm from steel 50KHFA GOST 4543-71 in a normalized state. The modernization consisted in the installation of a device with an electromechanical high-speed drive of a tool on a transverse caliper, the working sleeve of which is made of VT-5 titanium alloy with a working surface width of 2 mm and an outer diameter of 30 mm. An individual high-speed electric drive rotates the tool at a peripheral speed of 62.8 m / s (40,000 min -1 ). The linear rotation speed of the hardened workpiece is 0.05 m / s (31 min -1 ). The pressure of the disk on the workpiece created by the transverse feed mechanism of the machine is 0.8 kN. Coolant was supplied to the treatment zone as industrial I-12A oil. The length of the depression on the working surface of the sleeve is 4.5 mm, and the length of the protrusion is 9 mm. The number of depressions and protrusions is 6.
Полученные глубина и микротвердость упрочненного слоя (белой зоны) составляла соответственно 0,17...0,19 мм и 8...9 ГПа с постепенным понижением микротвердости по глубине до исходного состояния - 2,3...2,7 ГПа. При повышении скорости вращения упрочняемой заготовки в два раза глубина упрочненного слоя составила 0,12...0,14 мм.The obtained depth and microhardness of the hardened layer (white zone) were 0.17 ... 0.19 mm and 8 ... 9 GPa, respectively, with a gradual decrease in microhardness in depth to the initial state - 2.3 ... 2.7 GPa. With a twofold increase in the rotation speed of the hardened billet, the depth of the hardened layer was 0.12 ... 0.14 mm.
Таким образом, инструмент позволяет повысить производительность процесса.Thus, the tool allows you to increase the productivity of the process.
При уменьшении длины впадины основного диска до 2,5 мм глубина упрочненного слоя уменьшается до 0,13...0,15 мм. Увеличение длины впадины до 7 мм приводит к незначительному увеличению глубины упрочненного слоя (с 0,17...0,19 мм до 0,18...0,20 мм). При уменьшении количества впадин в два раза глубина упрочненного слоя уменьшается до 0,13...0,15 мм. При увеличении количества впадин в 2 раза глубина упрочненного слоя составляет 0,18...0,20 мм. Микротвердость без изменений.When reducing the length of the hollow of the main disk to 2.5 mm, the depth of the hardened layer decreases to 0.13 ... 0.15 mm. An increase in the length of the depression to 7 mm leads to a slight increase in the depth of the hardened layer (from 0.17 ... 0.19 mm to 0.18 ... 0.20 mm). With a decrease in the number of depressions by half, the depth of the hardened layer decreases to 0.13 ... 0.15 mm. With an increase in the number of depressions by 2 times, the depth of the hardened layer is 0.18 ... 0.20 mm. Microhardness unchanged.
Предлагаемый инструмент прост по конструкции и надежен в эксплуатации. Получаемые на поверхности упрочняемой заготовки структуры белых слоев обладают повышенной твердостью, а соответственно, износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению. Инструмент позволяет повысить производительность обработки в 1,5...2,0 раза.The proposed tool is simple in design and reliable in operation. The structures of the white layers obtained on the surface of the hardened billet have increased hardness and, accordingly, wear resistance and resistance to fatigue fracture. The tool allows you to increase processing productivity by 1.5 ... 2.0 times.
Источник информацииThe source of information
1 А.с. СССР №1712135, МКИ В 24 В 39/04. Инструмент для фрикционного поверхностного упрочнения. В.И.Кырылив и Т.H.Каличак. №4732876/27, заяв. 29.08.90, опубл. 15.02.92. Бюл. №6 - прототип.1 A.S. USSR No. 1712135, MKI V 24 V 39/04. Tool for friction surface hardening. V.I. Kyryliv and T.N. Kalichak. No. 4732876/27, application. 08/29/90, publ. 02/15/92. Bull. No. 6 is a prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004136119/02A RU2283749C2 (en) | 2004-12-09 | 2004-12-09 | Tool for friction surface hardening of sphere surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004136119/02A RU2283749C2 (en) | 2004-12-09 | 2004-12-09 | Tool for friction surface hardening of sphere surfaces |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004136119A RU2004136119A (en) | 2006-06-10 |
RU2283749C2 true RU2283749C2 (en) | 2006-09-20 |
Family
ID=36711964
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004136119/02A RU2283749C2 (en) | 2004-12-09 | 2004-12-09 | Tool for friction surface hardening of sphere surfaces |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2283749C2 (en) |
-
2004
- 2004-12-09 RU RU2004136119/02A patent/RU2283749C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004136119A (en) | 2006-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9346128B2 (en) | Method for producing a pattern of depressions in the friction surface of a friction component and a friction component for a frictionally operating device having such a pattern of depressions | |
KR101311069B1 (en) | Power-boosting device for clamping apparatus of index table | |
JP2008023596A (en) | Method for processing minute concave portion | |
JP4817039B2 (en) | Sliding device | |
JP5468581B2 (en) | Brake structure of rotary table device | |
JP2007301645A (en) | Burnishing tool for forming dimple | |
EP1795751B1 (en) | Sliding surface of sliding member | |
RU2283749C2 (en) | Tool for friction surface hardening of sphere surfaces | |
RU2277040C1 (en) | Surface friction strengthening method for spherical surfaces | |
RU2241590C1 (en) | Intermittent tool for friction surface hardening | |
RU2241589C1 (en) | Method for intermittent friction surface hardening | |
CN111810516A (en) | Pump body and compressor | |
RU2806646C1 (en) | Method for strengthening surface treatment of cylindrical parts by smoothing | |
RU2290294C1 (en) | Apparatus for friction surface hardening of screws | |
RU2282529C1 (en) | Oscillating combination type tool | |
JP2007216328A (en) | Spindle device | |
RU2282528C1 (en) | Oscillating combination type working method | |
RU2243877C1 (en) | Combined method of needle-milling with hardening | |
JP2002346807A (en) | Main-shaft equipment | |
RU2361717C1 (en) | Device for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces | |
RU2361716C1 (en) | Method for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces | |
RU2288832C1 (en) | Screw friction surface hardening method | |
RU2241578C1 (en) | Combination needle type strengthening tool | |
JP4431244B2 (en) | Method for machining dynamic pressure generating groove in hydrodynamic bearing | |
RU2347663C1 (en) | Device for static-pulse rolling of shafts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061210 |